人工细胞模拟生物细胞的重要功能

研究人员已经开发出自主使用无机物质摄取人工细胞样的结构,流程,推动material-recreating活细胞的一个重要功能。

他们的文章,发表在自然,提供了一个蓝图创造与潜在应用细胞模拟,从药物输送到环境科学。

活细胞的基本功能是能够从环境中获取能量的分子泵进出他们的系统。当能量被用来把这些分子从浓度低的地区领域的更高的浓度,这个过程被称为主动运输。主动运输允许细胞在必要的分子葡萄糖和氨基酸,储存能量,并提取浪费。

几十年来,研究人员一直在努力创造人工cells-engineered微观结构,模拟生物细胞的特性和行为。但是这些细胞模拟往往缺乏执行复杂的细胞过程,如主动运输的能力。

在自然研究中,纽约大学和芝加哥大学的研究人员描述了一个新的、完全合成细胞模仿复制更近一步活细胞的功能。部署在不同粒子的混合物时,细胞模拟可以通过自动捕获执行主动运输任务,集中、存储、和微观货物交付。这些人造细胞制造使用最少的成分和借用生物学的任何材料。

设计单元模拟,研究人员创建了一个大小的球形膜使用聚合物血红细胞,细胞膜的替身,控制进出细胞。他们穿一个微观洞的球膜创建nano-channel物质交换,模仿细胞的蛋白质通道。

但是为了执行任务所需的主动运输,细胞模拟需要一个机制来力量吸引并驱逐细胞样的结构材料。在活细胞中,线粒体和ATP为主动运输提供必要的能量。在细胞模拟,研究人员增加了一个化学反应nano-channel内部组件,被光激活时,充当一个泵。当光照射到泵,它触发一个化学反应,将泵变成微小的真空和拉货到膜。当泵关闭时,细胞内的货物被困和加工模拟。当化学反应逆转,货物被需求。

“我们的设计理念使这些人造细胞模拟自主操作和执行主动运输任务,迄今一直局限于活细胞的领域,”说斯特凡诺Sacanna,纽约大学的化学教授,该研究的主要作者。”状的结构的设计的核心是一个活跃的元素之间的协同作用,它从内部由细胞壁和物理限制,允许他们摄取,过程,和驱逐外国机构。”

研究人员测试了细胞在不同环境中模仿。在一个实验中,他们在水中悬浮细胞模拟,激活他们的光,并观察他们摄取粒子周围或杂质的水,说明潜在应用清洁微污染物的水。

“认为细胞的模拟像吃豆人视频他们到处吃从环境中污染物和删除它们,”Sacanna说。

在另一个实验中,他们证明了细胞模拟可以吞下大肠杆菌膜内细菌和陷阱,可能提供一个战斗在体内细菌的新方法。另一个未来申请单元模拟药物输送,鉴于激活时,他们可以释放一种预加载的物质。

研究人员正在继续开发和研究细胞模拟,包括建筑的执行不同的任务和学习不同类型相互通信。

参考:徐Z, Hueckel T,欧文WTM Sacanna s .无机胶体cell-mimics跨膜运输。自然。2021,597 (7875):220 - 224。doi:10.1038 / s41586 - 021 - 03774 - y。

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。